 |
Energia solar fotovoltaica
Oscar Aceves
Enginyer Industrial. Director general de Teulades i Façanes Multifuncionals (TFM) |
1. ARQUITECTURA SOLAR
Energia i entorn
La preocupació pel nostre entorn creix dia a dia: pol·lució,
degradació del medi ambient, residus, esgotament de recursos i canvi climàtic són
problemes preocupants. Un problema específic és l’efecte hivernacle, degut
principalment a les emissions de CO2 de les fonts d’energia convencionals.
La qüestió sorgeix quan la societat no vol renunciar al nivell de
confort assolit, per al qual l’energia és essencial.
Consum d’energia
La gent sap que la demanda global d’energia està creixent. Però
no és tan sabut que la distribució del consum energètic està canviant en aquests
darrers anys.
La introducció de tecnologies més eficients en la indústria està
reduint el pes d’aquest sector. D’altra banda, els alts nivells de confort
requerits estan augmentant el consum als edificis. A més, als països de l’àrea
mediterrània, l’ús de grans superfícies envidrades augmenta el consum
d’energia per a la climatització.
La conclusió és que el consum energètic en edificis és un tema que
ha de ser reprès.
Energia solar en edificis
Eficients tecnologies per a la il·luminació i climatització estan
essent utilitzades cada vegada més. Dissenys bioclimàtics permeten una reducció de
l’energia consumida per a la climatització. Al mateix temps, hi ha hagut una
generalització de l’ús de tècniques més eficients per reduir el consum elèctric.
S’han fet avenços significatius; aquest progrés és un important
primer pas en aquesta direcció.
L’energia solar va un pas més enllà. Els edificis no només
estalvien energia, sinó que també la produeixen sense contaminar i aprofitant una font
inexhaurible: el sol. Electricitat produïda en pannells fotovoltaics i energia tèrmica
per mitjà de col·lectors solars poden cobrir total o parcialment la demanda energètica
de l’edifici.
La tradicional confrontació entre nivells de confort més alts (amb
l’energia que requereixen) i el respecte envers el medi ambient va sent superada
gràcies a les noves tecnologies, que han produït una nova generació d’edificis
sostenibles.
2. BASES DE LA TECNOLOGIA FOTOVOLTAICA
La tecnologia fotovoltaica (FV) transforma directament la radiació
solar en energia elèctrica. El seu continu desenvolupament ha dut a un increment del seu
rendiment i fiabilitat i ha donat lloc a una baixada del seu cost.
Els principals avantatges de la tecnologia FV són els següents:
• Ús d’una font local inesgotable: el sol.
• És totalment neta, no produeix emissions de CO2 i SO2 -com sí
s’esdevé amb les fonts convencionals d’energia – ni residus.
• Producció localitzada en el lloc de consum.
Sistemes connectats a la xarxa
Emprats quan la xarxa elèctrica està disponible. El sistema FV està
connectat a la xarxa pública. Un inversor transforma l’electricitat DC generada
fotovoltaicament en l’electricitat AC de la xarxa. L’electricitat no consumida
directament s’introdueix a la xarxa. En un sistema individual típic, pot tractar-se
del 50%. En oficines o edificis comercials, el percentatge pot ser menor. Hi ha grans
diferències entre països i regions pel que fa als requeriments i al preu
d’introduir electricitat d’origen FV a la xarxa.
Un sistema FV per satisfer el 50% de l’energia elèctrica
consumida a la llar s’obté amb un sistema de 3 o 2,5 o 1,5 kWp, que representa una
superfície de captació de 25 o 20 o 12 m2 (per al nord, centre i sud
d’Europa, respectivament).
|
 Sistema
conectat a xarxa |
Sistemes aïllats
Usats en indrets allunyats de la xarxa
elèctrica. És necessari la utilització d’una bateria per a l’emmagatzematge,
així com d’un regulador de càrrega que supervisi el procés càrrega-descàrrega i
asseguri una llarga vida de les bateries. Quan es vol transformar DC a AC, també cal un
inversor DC/AC.
Aquests sistemes han de ser dimensionats per cobrir la totalitat de la
demanda i, per tant, són més grans que els equivalents connectats a la xarxa.
|
 Sistema
aillat |
| 3. ALGUNS DELS
COMPONENTES SOLARS ACTUALS PER A L’EDIFICACIÓ
Les instal·lacions tradicionals de components solars en edificis solen
fer servir els mòduls estàndards, normalment sobre estructures independents i, anant
molt bé, sobreposades a alguna part de l’edifici com ara teulades o façanes.
Darrerament s’estan comercialitzant alguns components solars
especialment dissenyats per a edificis.
3.1 Cèl·lules fotovoltaiques
Tot i que les cèl·lules més comunament usades provenen del mateix
material base, el silici, diferents tecnologies ofereixen cèl·lules amb diferents
característiques tècniques i estètiques.
Les cèl·lules monocristal·lines són de 10 x 10 cm2 i 350
micres d’espessor, amb un rendiment del 14-17%. Les cèl·lules policristal·lines
d’idèntiques dimensions atenyen un rendiment del 12%.
Una tecnologia diferent és la del silici amorf. Una fina capa de
silicona (de poques micres) és col·locada al damunt d’un vidre que té una
imprimació metàl·lica transparent. Aquestes cèl·lules, anomenades de capa fina, tenen
una eficiència del 5-8% i diversos metres quadrats.
Les últimes tecnologies ofereixen cèl·lules de diferents colors i
nous materials base, com ara l’arseniür de gal·li (GaAs), tel·luri de cadmi (CdTe)
o diseleniür de coure i indi (CIS).
Cal protegir les cèl·lules FV mitjançant un encapsulat amb un vidre
frontal i una protecció a la part posterior, formant-se així els mòduls FV.
|
 Cèl·lules
fotovoltaiques |
3.2 Mòduls FV
Els mòduls FV estan dissenyats per a la
intempèrie; poden, doncs, formar part de la pell d’un edifici. Tanmateix, les
diverses tecnologies d’encapsulat donen com a resultat una gamma d’elements
constructius amb diferents característiques:
a) Vidre-plàstic posterior: l’adhesiu transparent és normalment
EVA (Etil-Vinil-Acetat) i el plàstic posterior TedlarTM de diferents colors,
translúcid o transparent.
b) Vidre-vidre: el plàstic posterior és substituït per un segon
vidre. L’adhesiu transparent són resines o silicones.
Els mòduls estàndards tenen un marc d’alumini. Els mòduls sense
marc, anomenats laminats, s’utilitzen preferentment per a la integració
arquitectònica.
Diversos fabricants de mòduls ofereixen productes de la grandària,
forma, tipus de cèl·lules i disposició de les mateixes segons el client ho desitgi i
els ho demani, cosa que permet una gran creativitat i adaptabilitat als requeriments
arquitectònics de l’edificació existent.
|
 Mòduls
FV |
3.3 Teula solar
Diverses companyies han desenvolupat
mòduls especials FV capaços de substituir les teules tradicionals mantenint les
propietats d’impermeabilitat.
Algunes companyies ofereixen productes FV amb la mateixa forma i
dimensions que les teules o pissarres tradicionals, fent possible una millor integració o
fins i tot la substitució de les teules existents. D’altres ofereixen teules més
grans, per reduir costos.
|
 Teula
solar |
3.4 Para-sols
Les cèl·lules FV poden encapsular-se,
formant mòduls especials que es poden utilitzar com a elements per fer ombra i de control
solar.
Succeeix un fenomen sinèrgic. Per motius de confort, cal evitar
l’accés directe de llum. Per a això, no hi ha res millor que les cèl·lules FV, ja
que necessiten llum directa del sol.
Sistema de seguiment. Es pot instal·lar un sistema automàtic
que orienti els para-sols perpendicularment al sol. Aleshores la sinergia és màxima,
perquè en qualsevol moment la producció d’electricitat també ho és, i
s’elimina la llum directa, però no pas la indirecta, que passa a través
d’aquests dispositius.
Els para-sols, que es poden fer servir en façanes verticals o en
teulades formant marquesines, creen un ambient clar i harmoniós.
|
 Para-sols |
| 3.5 Mur cortina ventilat
El mur cortina ventilat és, de fet, un element híbrid termo-FV que forneix
d’electricitat i aire calent. Consisteix en dos paraments, una paret interior i una
altra exterior, separades per una cambra d’aire ventilada. Les característiques
principals són les següents:
Paret exterior: envidrament normal o
laminat FV semi-transparent a la zona de visibilitat i pannell FV opac a la zona de no
visibilitat.
Paret interior: doble envidrament aïllant a la part de
visibilitat, i pannell aïllant tèrmic i acústic a la zona de no visibilitat.
Cambra d’aire: es pot ventilar per convecció natural
(efecte xemeneia) o forçada.
Millor rendiment FV: gràcies al flux d’aire es redueix la
temperatura de les cèl·lules FV, millorant la seva producció.
Protecció solar: la instal·lació de cortines a
l’interior de la cambra ventilada permet modificar significativament el factor solar,
la transmissió de llum, la temperatura de les superfícies i el coeficient de
transmissió tèrmica.
Millor rendiment tèrmic: la cambra constitueix una nova zona
aïllant, que ofereix una considerable minva del coeficient global de transmissió
tèrmica i pot ser modificada amb la ventilació forçada, obtenint-se una K més baixa i
una més gran ventilació. A més, situant la cortina a l’interior i no a l’
exterior de l’edifici, la calor que aquesta reté s’aprofita sense que passi a
l’interior.
Confort tèrmic: l’eliminació de l’efecte "paret
radiant", freda a l’hivern i calenta a l’estiu.
ESPECIFICACIONS TÈCNIQUES
Exemple: barreja PV opac / vidre normal
50% opac: pannell FV + pannell aïllant 40 mm
50% visibilitat: pannell reflectant + doble vidre.
K = 1,5 W/m2K (menys amb vent. forç.) dBA = 40 at 500 Hz
|
 |
|
| 4. ESTRATÈGIES
D’INTEGRACIÓ
4.1 On integrar FV als edificis?
L’àrea solar, òbviament ha
d’estar dirigida cap al sud (entre SE i SW) i estar lliure d’ombres.
En tots els casos, l’àrea haurà d’adaptar-se als
requeriments arquitectònics (per exemple: transparència, aïllament tèrmic, etc.).
També es tindrà en compte l’estalvi en materials de construcció substituïts. Una
façana habitualment costarà més que una teulada.
|
 |
4.2 Grau d’integració
Els següents conceptes de tècniques
d’integració, amb diferents graus d’integració, poden ser aplicats a tots els
elements d’energia solar.
|
Independent
És un mètode fàcil i simple, molt
utilitzat en teulades planes i edificacions ja existents. Els pannells FV es munten sobre
una estructura independent de l’edifici.
Així, els pannells FV poden situar-se amb l’orientació i inclinació òptimes,
però poden presentar un impacte visual fort a l’edifici.
No hi ha cap estalvi per substitució d’elements.
|
  Estructura independent |
Sobreposat
Un altre bon mètode, simple i fàcil, per
a edificis ja existents.
Els pannells FV es munten amb una petita estructura sobre la pell de l’edifici i en
paral·lel a ella.
L’impacte visual no és tan fort.
No hi ha cap estalvi per substitució d’elements.
|
  Elements sobreposats |
Integrat
En els següents casos els pannells FV
tenen una funció arquitectònica, a banda de generar electricitat. Llavors alguns
elements de construcció se substitueixen, produint en cada cas el corresponent estalvi.
És el més escaient per a edificis nous. Presenta un aspecte net i bonic.
|
Revestiment (façanes o teulades fredes)
Una capa externa, formada per pannells FV que garanteixen la
impermeabilització, se situa al damunt d’una capa opaca que aïlla tèrmicament.
La teula FV és una tècnica especial per a integració a les teulades. És necessària la
ventilació per la part posterior dels pannells per tal d’obtenir un bon rendiment de
les cèl·lules.
L’estalvi és significatiu.
|
  Revestiment |
- Coronament (façanes o teulades calentes)
El pannell FV fa de teulada o façana. S’utilitzen sistemes
convencionals adaptats d’envidrament (silicona estructural,
"muntant-travesser"). També en FV, una doble paret que tanca una cambra
ventilada millora les prestacions tèrmiques i permet generar aire calent per a
calefacció.
L’estalvi és màxim.
|
  Façanes |
  Teulades |
- Para-sol
Diferents solucions com ara envelats, etc., fan ombra a
l’interior, protegint de la llum directa del sol i permetent el pas de llum
indirecta.
Permeten l’ús de sistemes de seguiment per tal d’optimitzar la producció
d’electricitat.
L’estalvi és significatiu.
|
  Para-sols |
Tornar
a Introducció a les tecnologies
Tornar a SIMPOSI
|